2019-2020学年新教材高中物理 第2章 抛体运动 第3节 科学探究：平抛运动的特点课件 鲁科版

第2章抛体运动第3节科学探究：平抛运动的特点【学习素养·明目标】物理观念：1.知道平抛运动的条件及相应控制方法.2.知道用实验获得平抛运动轨迹的方法.3.知道判断运动轨迹是否是抛物线的方法.4.知道测量初速度时需要测量的物理量．科学思维：通过实验探究平抛运动的特点，体会运动的合成与分解方法．自主预习探新知一、实验原理和方法1．利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹．2．建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y＝ax2的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线．3．测出轨迹上某点的坐标x、y，根据x＝v0t，y＝12gt2得初速度v0＝xg2y.二、实验器材斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺．三、实验步骤1．按图甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平．2．以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴．3．使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点．4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示．四、数据处理1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值．(2)验证方法方法一：代入法用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数．方法二：图像法建立y­x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在y­x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值．2．计算平抛运动的初速度(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0.因x＝v0t，y＝12gt2，故v0＝xg2y.(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2所以t＝hBC－hABg，所以初速度v0＝xt＝xghBC－hAB.五、误差分析1．仪器安装时，未检查斜槽末端是否水平会造成系统误差．2．描点不准确，测量水平位移和竖直位移不准确会造成偶然误差．六、注意事项1．实验中必须调整斜槽末端的切线水平(将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平)．2．方木板必须处于竖直平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直．3．小球每次必须从斜槽上同一位置滚下．4．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点．5．小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜．6．在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度．合作探究攻重难对实验方法与实验步骤的理解【例1】在研究平抛运动的实验中，可以描绘物体做平抛运动的轨迹和求物体的平抛初速度．实验简要步骤如下：A．让小球多次从________________位置由静止滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置．B．安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下斜槽末端小球球心在平板上的投影点O和画出过点O的竖直线．检测斜槽末端是否水平的方法是________________．C．测出曲线上某点的坐标x、y，用v0＝________________算出该小球的平抛初速度．实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值．D．取下坐标纸，以O为原点，以竖直线为y轴，以垂直竖直线的方向为x轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛轨迹．(1)上述实验步骤的合理顺序是________________(只排列序号即可)．(2)补充完整实验步骤．[解析](1)实验应该按照以下顺序进行：首先安装器材，然后记录小球位置，接着描绘平抛轨迹，最后处理实验数据求初速度．所以合理顺序为BADC.(2)实验描绘的是平抛运动的轨迹，要保证小球做平抛运动，且同一条平抛运动轨迹对应唯一的初速度，所以要求小球每次都从同一位置由静止滚下；检测斜槽末端是否水平的方法是平衡法，即将小球静止放置在斜槽末端的不同位置，看它是否滚动，若均不滚动说明已经水平；根据平抛运动规律可知x＝v0t，y＝12gt2，两式联立可得v0＝xg2y.[答案](1)BADC(2)同一平衡法xg2y1．(多选)在做研究平抛运动的实验时，下列说法正确的是()A．安装带有斜槽的木板时，一定要注意木板是否竖直B．安装带有斜槽的木板时，只要注意小球不和木板发生摩擦即可C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放D．实验的目的是描绘出小球的运动轨迹，分析平抛运动的规律ACD[本实验的目的是通过描绘平抛运动的轨迹，研究平抛运动的规律．做本实验必须使斜槽末端水平，使钉有坐标纸的木板竖直，以确保小球水平飞出和正确画出坐标轴．小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，可保证小球做平抛运动的初速度不变．]对实验误差与数据处理的考查【例2】(1)研究平抛运动，下列做法可以减小实验误差的是()A．使用密度大、体积小的钢球B．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦C．实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下D．使斜槽末端的切线保持水平(2)某同学在做研究平抛运动的实验时，忘记记下小球做平抛运动的起点位置O，A为小球运动一段时间后的位置，根据图所示，求出小球做平抛运动的初速度为____________m/s.(g取10m/s2)[解析](1)研究平抛运动时，钢球体积越小，受空气阻力影响越小，且记录小球通过的位置越准确，A正确；小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小球的初速度不变，与钢球和斜槽间的摩擦无关，B错误，C正确；实验时必须使斜槽末端水平，以确保小球水平飞出，做平抛运动，D正确．(2)由题图可知AB、BC间的竖直距离分别为yAB＝15cm＝0.15m，yBC＝25cm＝0.25m.因为xAB＝xBC＝0.20m，所以小球从A运动到B与从B运动到C的时间相同，设此时间为t.据yBC－yAB＝gt2得t＝yBC－yABg＝0.25－0.1510s＝0.10s.又因为xAB＝v0t，所以v0＝xABt＝0.200.10m/s＝2.0m/s.[答案](1)ACD(2)2.02．在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为l＝1.25cm，小球在平抛运动过程中的几个位置如图中的A、B、C、D所示．(1)小球平抛的初速度v0的数值为__________．(g取9.8m/s2)(2)在图中找出小球的抛出点，画出小球的运动轨迹和以抛出点为坐标原点的x、y坐标轴．抛出点O在A点左侧________________、上方________________处．(此两空均用l表示)[解析](1)由题图可知，相邻两点间水平距离相等，则经历的时间相等，设时间为T，则yBC－yAB＝gT2，所以T＝4lg，又x＝8l＝v0T，可得v0＝8l·g4l＝4gl＝4×9.8×1.25×10－2m/s＝1.4m/s.(2)vBy＝yAB＋yBC2T＝6lT，vBy＝gtB，得tB＝9lg.从O→A的时间为tA＝tB－T＝9lg－4lg＝lg.O到A水平距离Δx＝v0tA＝4l，O到A竖直距离Δy＝12gt2A＝12l，所以O点在A点左侧4l、上方l2处，如图所示．[答案](1)1.4m/s(2)图见解析4ll2创新实验分析【例3】某同学设计了一个研究平抛运动的实验，实验装置示意图如图甲所示．A是一块水平木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(甲图中的P0P0′、P1P1′、…)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上，实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图乙所示．甲乙(1)实验前应对实验装置反复调节，直到__________为止．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了_______________________________________________________________________________________________________________________________.(2)每次将B板向纸面内侧平移距离d，是为了_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________．(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹．[解析](1)小球每次离开斜轨后，应做轨迹相同的平抛运动，所以实验前要反复调节实验装置，使斜轨末端水平．每次从同一位置由静止释放小球，是为了使每次运动的初速度相同，从而保证每次的运动轨迹相同．(2)每次B板插入后一槽中会使小球的水平位移增加d，所以每次将B板向内平移d，就可以对应水平位移的变化，使板上的x坐标能表示水平位置的变化．(3)如图所示．[答案](1)斜轨末端水平保证小球每次的运动轨迹相同(2)表示水平位移增加了d(3)见解析3．试根据平抛运动原理设计“测量弹射器中弹丸射出时的初速度”的实验方案．提供的实验器材为：弹射器(含弹丸，如图所示)、铁架台(带有夹具)、米尺．(1)画出实验装置示意图．(2)在安装弹射器时应注意__________________________________________________________________________________________________________________________________________．(3)实验中需要测量的量为(并在示意图中用字母标出)____________________________________________________________________________________________________________．(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________．(5)计算公式为________________________________．[解析]根据平抛运动的原理及研究平抛运动的实验可知，使弹丸做平抛运动，通过测量下落高度可求出时间，再测水平位移可求出平抛的初速度．(1)实验装置图如图所示．(2)弹射器必须保持水平，以保证弹丸初速度沿水平方向．(3)应测出弹丸下降的高度y和水平射程x，如图所示．(4)在不改变高度y的情况下，进行多次实验，测量水平射程x，得出水平射程x的平均值，以减小误差．(5)因y＝gt22，故t＝2yg，故有v0＝xt＝x2yg＝xg2y.[答案](1)见解析(2)弹射器必须保持水平(3)弹丸下降的高度y和水平射程x(4)保持高度y不变，多次测量射程x求平均值(5)v0＝xg2y课时演练提素养1．(多选)在“研究平抛运动”的实验中，为了求平抛物体的初速度，需直接测的数据有()A．小球开始滚下的高度B．小球在空中飞行的时间C．运动轨迹上某点P的水平坐标D．运动轨迹上某点P的竖直坐标CD[由平抛运动规律，竖直方向y＝12gt2，水平方向x＝v0t，因此v0＝xg2y，可见只要测得轨迹上某点P的水平坐标x